电触觉刺激系统及其在假肢控制中的应用

发布时间：2021-06-24 02:35

　　现有的商用假肢由于缺少触觉感知反馈,无法被大多数残疾者认可。针对当前假肢控制的不足,本文在假肢手控制系统中引入了电触觉刺激以构成闭环反馈,加以模块化的设计及反馈方式的研究,从而提高人对假肢的控制效果,并实现双向的人机接口。基于模块化理念,设计了可穿戴的电触觉臂带,包含小型化电刺激器的软硬件设计和多通道的刺激电极阵列设计。进而通过刺激器的波形输出和人体实验进行了有效性的验证。为实现假肢手闭环控制系统,设计了假肢手驱动板,并结合肌电信号处理算法对假肢手进行控制。在后端反馈中,设计了可摘戴的指套式压力传感器,并结合设计的电触觉臂带,进行了利用假肢闭环系统来判断抓握物体刚度的实验及在视觉基础上不同电触觉反馈下的抓握物体成败实验。实验表明电触觉反馈改善了人控制假肢手的效果。针对现有反馈编码传递信息量的不足,基于电触觉臂带的设计,探索了在有限区域内,提高传递信息量的编码方案,研究了空、频域不同混合编码的方案对人感知识别的效果,并给出了在不同情况下最优的空频混合方案。为进一步提高对假肢手状态信息的反馈,基于高密度电极刺激的电刺激器,对控制手部动作和手指动作的肌肉进行了激活并对被动的手部运动进行了识别... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１商用假肢手??Ｆｉｇ．?１－１?ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ??

ｍｊ??ａ．?Ｍｉｃｈｅｌａｎｇｅｌｏ?假肢手?ｂ．?ｉ－Ｌｉｍｂ?ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?假肢手??图１－１商用假肢手??Ｆｉｇ．?１－１?ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ??依靠视觉反馈和假肢手自我反馈的闭环系统，截肢者的自我感觉与假肢手的??动作相脱离，使人仅仅将假肢手看作是独立于身体之外的人造工具４因而加入触??觉反馈，可以建立起假肢手与人的后端接口，从而实现更智能的人机接口。??

较前两者刺激方式的设备体积而言通常较大，因而在日后向小型化发展有很大的??提升空间。Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ?Ｃｉｐｒｉａｎｉ、Ｊａｃｏｂ?Ｌ．Ｓｅｇｉｌ?和?Ｆｒａｎｃｅｓｃｏ?Ｃｌｅｍｅｎｔｅ?等研究者［１２］研究??了加入触觉反馈后，人对机械手抓握动作的调整情况，如图１－２所示，健康受试??者坐于桌前，受试者移动拇指和食指（类似于捏取动作），通过位置传感器测量两??指间的相对位置，并将该信息传递给前方机械手，从而控制电机来调整机械手拇??指和食指的位置，实现在人的控制下完成对物体的捏取。机械手的手指上安装有??压力传感器，在接触或释放物体的过程以及完全捏取物体的过程中，研究者将机??械手的触觉信息通过人工触觉作用于受试者的拇指、食指和无名指上，将振动器??的振动反馈编码方案与上述捏取物体的事件建立映射关系，从而构成了闭环控制??系统。该研究以离散事件驱动的感知反馈理论为基础，将机械手的状态与触觉编??码机制进行映射

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3246186